北半球中纬度3个典型区域末次冰期以来土壤有机质稳定碳同位素变化的差异及其原因分析

针对北半球中纬度地区3个典型区域末次冰期以来土壤有机碳同位素记录之间存在的差异, 收集了相关的气候数据并结合前人现代过程研究的结果进行了有关的分析. 得到的认识表明: 温度, 特别是生长季节的高温对C₄植物生长具有明显的影响. 年均温和生长季节温度低至一定程度后, C₄植物的生长受限. 即使温度足够高, 生长季节异常干旱也不适于C₄植物生长. 当温度条件满足以后, C₄植物适应的降水范围较宽, 而当降水增加到适合乔木生长时, C₄植物比例将下降. 古植被记录与现代植被研究结果是一致的, 欧洲黄土记录的该区域末次冰期以来植被为纯C₃植物主要是由当地的低温造成的, 而中国黄土和美国中部大平原及其临近区域记录的晚更新世向全新世转化过程中的C₄植物比例上升可能主要反应了温度上升的影响.     

柴达木盆地苏干湖年纹层岩芯摇蚊记录的过去1000年干旱区湿度变化及其意义

利用柴达木盆地苏干湖具有年纹层的沉积岩芯, 以摇蚊亚化石分析恢复了研究区近千年来10年分辨率的湿度演变历史. 研究表明, 苏干湖岩芯中的摇蚊亚化石主要由高咸水属种Psectrocladius barbimanus-type和Orthocladius/Cricotopus与低咸水属种Procladius和Psectrocladius sordidellus-type组成, 依据其相对丰度的变化, 结合摇蚊-盐度转换函数重建的盐度波动, 区域过去1000年湿度变化可划分为3个阶段: 990~1550 AD为气候整体干旱期、1550~1840 AD为气候整体湿润期、1840~2000 AD为全球变暖下的气候再次干旱期. 高分辨率的记录还发现, 在年代际到百年尺度上, 存在1200~1230 AD干旱背景下的湿润阶段和1590~1700 AD湿润小冰期内部的干旱阶段; 就气候变率而言, 湿润小冰期时段摇蚊种群组合及重建的盐度变化幅度增大, 频率加快, 指示出小冰期气候的不稳定性特征. 该记录得到西风环流影响区的其他古湿度资料支持. 苏干湖高分辨率摇蚊记录的湿润小冰期气候与中国东部季风区降水变化存在明显的差异, 表明中国内陆干旱区和东部季风区湿度变化即使在近1000年来也存在相位差.     

中国东部表土总有机质碳同位素和长链正构烷烃碳同位素对比研究及其意义

中国东部较高空间分辨率表土总有机质(TOC)碳同位素, 以及从中抽提的来自陆生高等植物的具有明显奇偶优势的长链正构烷烃碳同位素, 具有一致的空间变化趋势和显著的正相关关系. 两者都在北纬31°~40°之间较为偏正, 而在该区域以北和以南都较为偏负, 这一结果与中国东部表土植硅体碳同位素研究结果是一致的, 共同指示了中国东部地区北纬31°~40°之间区域的水热组合条件较适合C₄植物的生长. 来自华北同一研究地点相同植被类型(草地)下的12个表土, 其总有机质碳同位素和长链正构烷烃碳同位素变化幅度都很小, 两者之间的差异也很稳定. 这些研究结果说明, 在中国东部地区, 表土TOC碳同位素和长链正构烷烃碳同位素可以同等有效的作为上覆植被中C₃/C₄植物比例的指示器. 同时, 中国东部表土两类碳同位素的对比表明, -22‰和-32‰可以作为纯C₄和纯C₃植被下表土长链正构烷烃碳同位素组成的端元值(C27, C29, C31加权平均值)而应用于估计历史时期C4植物的相对生物量贡献.     

石羊河流域现代孢粉传播研究

为了确定风和河水长距离搬运的孢粉对干旱区尾闾型湖泊沉积物孢粉谱的影响和贡献, 对干旱区典型的小流域棗石羊河流域的空气、表土、河水和河床冲积物中的孢粉进行了系统的分析. 其结果显示: 河水搬运孢粉的能力远较风强, 河水搬运的孢粉对流域中下游河床冲积物和河水孢粉谱的贡献非常大; 干旱区与河水有关沉积物孢粉谱的古环境重建很大程度上受河水搬运孢粉的影响.     

250 kaBP前后中国北方干旱区的扩张及其原因

青藏高原东北缘的武威黄羊镇及高原东南缘的川西甘孜黄土剖面同时记录了250kaBP前后一次显著的干旱化事件，前者表现为风尘粒度变粗，后者表现为C4植被扩张和古土壤化学风化强度的降低。这次事件在我国北部干旱区及北太平洋风尘记录中均有强烈表现，而在东南季风控制的黄高原中南部及西风带控制的中亚地区的现有记录中没有明显反映。由于川西甘孜剖面位于典型的西南季风区，中国北方这次重要的干旱化事件主要是来自西南了风的水汽减少所致。青藏高原东南缘在该时期的强烈隆升可能是水汽输送减少的直接原因。     

2 ka来苏干湖沉积碳酸盐稳定同位素记录的气候变化

选择位于柴达木盆地北缘的苏干湖作为研究对象. 利用²¹⁰Pb, AMS ¹⁴C以及常规¹⁴C等测年手段, 建立了苏干湖沉积岩芯2 ka以来的时间序列. 对湖泊沉积细颗粒中的碳酸盐进行碳、氧同位素分析. 结合流域地表水δ¹⁸O值的变化以及气温观测资料, 认为碳酸盐δ¹⁸O值指示了流域有效湿度的变化; δ¹³C值的变化与湖泊年内冰封湖面时期的长短有关, 间接指示了区域冬半年气温的变化. 在此基础上, 建立了2 ka来苏干湖地区气候变化序列, 其气候变化过程经历了5个阶段: 0~190 AD, 暖干; 190~580 AD, 冷干; 580~1200 AD(MWP), 暖干; 1200~1880 AD(LIA), 冷湿; 1880~1950 AD期间为冷干气候, 20世纪50年代以来, 气候变暖. 碳同位素反映的2 ka以来冬半年气温的变化与历史文献记录以及其他地质记录有很好的一致性, 表明苏干湖同位素记录的2 ka来气候变化具有普遍意义.     

苏干湖沉积物纹层计年和~(210)Pb，~(137)Cs测年对比

通过对西北干旱区苏干湖表层沉积物的年纹层计数定年和~(210)Pb,~(137)Cs测年结果对比发现:~(137)Cs测年结果在8.5 cm出现最高蓄积峰,对应1963年世界核爆高峰期,但在同一层位~(210)Pb测年结果则是1972年,存在较大的偏差.年纹层沉积速率达0.31 cm/a,而根据CRS模式建立的~(210)Pb沉积速率为0.30 cm/a.年纹层反映的沉积速率和~(210)Pb测年结果基本一致,互相验证了两者测年的可靠性.~(137)Cs测年则存在蓄积峰向上迁移的现象,在西北干旱区湖泊使用~(137)Cs测年过程中需引起注意.     

苏干湖沉积物纹层计年和^210Pb，^137Cs测年对比

通过对西北干旱区苏干湖表层沉积物的年纹层计数定年和^210Pb,^137Cs测年结果对比发现：均^137Cs测年结果在8．5cm出现最高蓄积峰,对应1963年世界核爆高峰期,但在同一层位^210Pb测年结果则是1972年,存在较大的偏差．年纹层沉积速率达0．31cm／a,而根据CRS模式建立的^210Pb沉积速率为0．30cm／a．年纹层反映的沉积速率和^210Pb测年结果基本一致,互相验证了两者测年的可靠性．^137Cs测年则存在蓄积峰向上迁移的现象,在西北干旱区湖泊使用^137Cs测年过程中需引起注意．     

青海湖沉积岩芯记录的青藏高原东北部过去800年以来的降水变化

对取自中国最大的内陆封闭湖泊青海湖深水区长约80 cm的短钻岩芯, 用²¹⁰Pb, ¹³⁷Cs和岩芯对比建立年代序列, 用5年分辨率的自生碳酸盐同位素、粒度、碳酸盐和有机质含量来重建青藏高原东北部过去800年来的气候变化历史. 发现青海湖湖盆的不同深水区岩芯具有很好的对比性, 湖盆西部沉积速率最大, 东部最小. 在湖盆南部短钻岩芯Qing-6所在位置, 近期平均沉积速率为0.1004 cm/a. 氧同位素和粒度资料揭示的过去800年的有效降水变化与古里雅和敦德冰芯记录的冰川积累量一致. 公元1200~1500年的300年中总体为干旱气候, 公元1500~1560年相对湿润. 1560~1650年和1780~1850年的两个干期是西南季风减弱的结果. 1650年以来的有效降水总体增加是亚洲西南季风增强所致, 一直持续到1950年前后. 高原上的小冰期除早期以外, 以水汽增加为特征. 沉积物有机质含量变化有200年左右的周期, 与1850年以前大气Δ¹⁴C变化同步, 表明湖泊生物生产力响应了太阳活动变化.     

陇西黄土高原末次冰期有机碳同位素变化及其意义

利用陇西黄土高原西南部高分辨率(100年间隔)的塬堡黄土剖面, 讨论了末次冰期有机碳同位素变化的控制因素. 结果发现, 该区域末次冰期以来有机碳同位素变化于−22.6‰ ~ −27.5‰之间. 与黄土高原东部地区不同, 研究区末次间冰段有机碳显著偏负于早晚末次冰期, 偏负达4‰. 末次冰期有机碳同位素指示了纯C₃植物对温度、降水和大气CO2浓度变化的耦合响应. 从末次冰期间冰段到盛冰期, 降温和大气CO₂浓度减少导致有机碳同位素偏正1.5‰ ~ 2.0‰, 塬堡剖面末次冰期有机碳同位素变化主要记录了季风降水的大幅度变化, 可以用来重建古降水, 估算出间冰段降水比盛冰期偏多250~310 mm, 比早末次冰期高出100 mm. 我们的研究还发现, 塬堡黄土剖面末次冰期有机碳同位素的波动可能记录了千年尺度季风降水的快速变化. 同时, 黄土高原有机碳同位素变化相当复杂, 不能简单将有机碳同位素变化归结成C₃/C₄丰度变化而用来指示夏季风强弱.